Вбудоване програмне забезпечення — це спеціальний тип програмного забезпечення, яке контролює, контролює та керує функціональністю апаратних пристроїв і систем. На відміну від комп’ютерного програмного забезпечення загального призначення, яке працює на комп’ютерах і мобільних пристроях, вбудоване програмне забезпечення працює в обмеженому, спеціальному режимі та є невід’ємною частиною апаратного забезпечення, яким воно керує.
Генезис і еволюція вбудованого програмного забезпечення
Концепція вбудованих систем і відповідного програмного забезпечення бере свій початок у 1960-х роках. Комп’ютер керування Apollo, розроблений Чарльзом Старком Дрейпером з Массачусетського технологічного інституту та використовувався в місіях висадки на Місяць Apollo, вважається першою вбудованою системою. Вбудоване програмне забезпечення зробило гігантський стрибок у 1971 році, коли інженер Intel Тед Хофф створив перший мікропроцесор Intel 4004, що дозволило стрімко розгортати вбудовані системи. Перші згадки про вбудоване програмне забезпечення як таке почали з’являтися в технічній літературі в середині 1980-х років, що збіглося зі зростанням додатків мікроконтролерів.
Глибоке занурення у вбудоване програмне забезпечення
Вбудоване програмне забезпечення є невід’ємною частиною різноманітних систем, починаючи від побутової техніки, медичного обладнання, промислових контролерів і закінчуючи автомобілями та літаками. Він призначений для виконання певного завдання або завдань у більшій системі, часто з обмеженнями обчислення в реальному часі. Будучи «вбудованим», він має жорсткі вимоги до надійності, ефективності та компактності.
На відміну від традиційних настільних програм, які дозволяють запускати різні програми на ПК, вбудовані програмні програми, як правило, мають унікальну функцію. Вони запускаються в момент увімкнення живлення пристрою та монополізують усі ресурси пристрою.
Програмне забезпечення часто пишеться на мовах високого рівня, таких як C, C++ або Python, хоча мова асемблера все ще може використовуватися для швидкості або відповідей у реальному часі. Як правило, програмне забезпечення крос-компілюється в іншій системі (хост) для запуску на цільовому вбудованому пристрої.
Gears за вбудованим програмним забезпеченням
Вбудоване програмне забезпечення працює разом із вбудованими системами, мікропроцесорами або мікроконтролерами разом із периферійними пристроями. Мікропроцесор або мікроконтролер керує програмним забезпеченням, і воно взаємодіє з фізичним світом через периферійні пристрої, такі як датчики, виконавчі механізми та комунікаційні інтерфейси.
Програмне забезпечення виконує заздалегідь визначену послідовність операцій, закодовану під час його створення. Залежно від складності, він може використовувати операційну систему реального часу (RTOS) або працювати без операційної системи.
Основні характеристики вбудованого програмного забезпечення
Вбудоване програмне забезпечення демонструє кілька важливих характеристик, які відрізняють його від інших типів програмного забезпечення:
-
Операція в реальному часі: багато вбудованих систем мають вимоги до роботи в реальному часі. Програмне забезпечення має реагувати на події або введення протягом фіксованого часу.
-
Стабільність і надійність: Оскільки вони часто виконують критичні функції, вони повинні працювати без збоїв протягом тривалого часу.
-
Ефективність пам'яті: вбудовані системи часто мають обмежену пам’ять, що вимагає від програмного забезпечення економного використання ресурсів.
-
Енергоефективність: багато вбудованих систем живляться від батарейок, що потребує ефективного використання енергії.
-
Спеціальна функціональність: Вбудоване програмне забезпечення призначене для виконання конкретних завдань на відміну від програмного забезпечення загального призначення.
Типи вбудованого програмного забезпечення
Вбудоване програмне забезпечення можна широко класифікувати за різними аспектами. Ось табличне представлення:
| На основі функціональності | На основі складності | На основі ефективності |
|---|---|---|
| Програмне забезпечення для керування | Простий (одне завдання) | Реальний час |
| Програмне забезпечення для моніторингу | Помірний (багатозадачність) | Не в реальному часі |
| Програмне забезпечення для обробки даних | Комплекс (на базі RTOS) | – |
Використання, проблеми та рішення вбудованого програмного забезпечення
Вбудоване програмне забезпечення має численні додатки, від приладів щоденного використання, розважальних систем, медичного обладнання, промислової автоматизації, транспортних систем, телекомунікацій до критичних аерокосмічних програм.
Однак розробка та впровадження вбудованого програмного забезпечення створює кілька проблем, зокрема обмежені ресурси, апаратні залежності, вимоги до реального часу та суворі стандарти безпеки. Щоб пом’якшити їх, інженери використовують такі стратегії, як ретельний дизайн системи, ефективні алгоритми, суворе тестування та процеси перевірки.
Порівняння з подібними термінами
| термін | опис |
|---|---|
| Прошивка | Тип вбудованого програмного забезпечення, що зберігається в енергонезалежній пам’яті, такій як ROM або флеш-пам’ять. Він забезпечує низькорівневе керування певним обладнанням пристрою. |
| Програмне забезпечення систем реального часу | Програмне забезпечення, яке гарантує певні можливості протягом певного терміну. Більшість критичних вбудованих систем використовують це. |
| Системне програмне забезпечення | Програмне забезпечення, відповідальне за управління та контроль комп’ютерного обладнання, увімкнення прикладного програмного забезпечення. Він включає в себе операційні системи, драйвери пристроїв і утиліти. Це ширше, ніж вбудоване програмне забезпечення, оскільки воно може бути як універсальним, так і вбудованим. |
Майбутні перспективи та технології вбудованого програмного забезпечення
Майбутнє вбудованого програмного забезпечення визначається такими тенденціями, як IoT (Інтернет речей), AI та машинне навчання, кіберфізичні системи та периферійні обчислення. Досягнення в цих галузях призведуть до все більш інтелектуальних, автономних і підключених вбудованих систем.
Проксі-сервери та вбудоване програмне забезпечення
Проксі-сервери можуть взаємодіяти з вбудованими системами різними способами. Вони можуть допомогти вбудованим пристроям безпечно підключитися до Інтернету, захистити їх від прямого впливу зовнішніх мереж, балансувати трафік і кешувати дані для швидшого пошуку. Отже, вбудоване програмне забезпечення має бути розроблено для обробки цих аспектів, часто залучаючи мережеве програмування та елементи кібербезпеки.
